JP2643499B2 - 自動ピアノの操作子駆動ソレノイド - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は、自動ピアノの鍵やペダル等の操作子を操作
するために使用される操作子駆動ソレノイドに関するも
のである。

「従来の技術」 自動ピアノにおいて鍵やペダル等の操作子を操作する
ものとして、例えば実公昭62−15838号公報、あるいは
実公昭63−18058号公報等に記載されたものが知られて
いる。

前者に記載されたソレノイドは、ソレノイドコイルを
支持する固定ヨークのプランジャ挿通孔部分に肉厚部を
設け、この肉厚部分の円周断面積を増加させることによ
り、プランジャ挿通孔部分の磁束を増加させて磁気抵抗
を減少させ、コイル電流を大きくすることなくプランジ
ャの推力を増大させるものである。

また、後者に記載されたソレノイドは、固定ヨークの
一端でプランジャの外方突出部分が挿通するプランジャ
挿通孔に、前記固定ヨークと磁気的に結合する筒状のサ
ブヨークを設けるとともに、プランジャの外方突出部分
とは逆側の端部にアーマチュアを設けるもので、打弦点
と最大推力点とをほぼ一致させて、プランジャの推力を
有効かつ最大限に利用し得るものである。

「発明が解決しようとする課題」 ところで、上記した従来の自動ピアノの操作子駆動ソ
レノイドにあっては、以下の欠点があった。

すなわち、実公昭62−15838号公報に記載されたソレ
ノイドでは、コイル励磁によるプランジャ吸引開始時、
プランジャの下端部近傍（プランジャ外方突出部の逆側
の端部近傍）で生じる磁束漏洩のため初期吸引力が弱い
一方、プランジャの摺動に伴い肉厚部分に磁束が作用す
るようになれば肉厚部分の磁気抵抗が低いため吸引力は
増加する。

他方、実公昭63−18058号公報のソレノイドでは、前
者と同様に初期吸引力は弱いが、プランジャの摺動に伴
い終期においては、サブヨークにより磁気抵抗が減少す
ることおよびアーマチュアがコイル下端近傍の漏洩磁束
を透過することから吸引力は増加する。

このように、従来の技術では、プランジャ推力はプラ
ンジャが固定ヨークに近付くに従って序々に増加する傾
向が強く、一定入力電圧のもとではプランジャ移動に伴
なって推力が変化する特性を有し、移動ストロークに対
するプランジャの推力特定を一定に保持できにくい問題
があった。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、一定入力
電圧のもとでプランジャの移動ストロークにかかわらず
常にプランジャの所定推力を与えることができ、しかも
その推力特性をフラットになしえる自動ピアノの操作子
駆動ソレノイドを提供することを目的とする。

「課題を解決するための手段」 係る目的を達成するために、本願請求項１に記載の構
成では、自動ピアノの操作子に対応して配設されたソレ
ノイドコイルと、該ソレノイドコイルと摺動自在に嵌合
し、一端がソレノイドコイルから外方へ突出して上記操
作子に作用力を伝達するプランジャと、上記ソレノイド
コイルを保持する固定ヨークと、上記ソレノイドコイル
の上記プランジャ突出側と該プランジャの間に介装さ
れ、該ソレノイドコイルの軸線方向内部に向かうに従っ
てプランジャとの対向面積相当量が減少する形状に形成
されたアッパーサブヨークと、上記ソレノイドコイルの
上記アッパーサブヨークが配された箇所の逆側と上記プ
ランジャの間に介装され、該ソレノイドコイルが励磁さ
れてない時でも上記プランジャの他端を被覆するように
ソレノイドコイルから外方へ延出されたセンターサブヨ
ークと、を備え、前記アッパーサブヨークには前記プラ
ンジャの移動方向に略直交する方向へ延出するフランジ
部が形成されていることを特徴とする。

また、本願請求項２に記載の構成では、前記の構成に
加え、さらに前記プランジャの軸心近傍に中空部を穿設
したことを特徴とする。

さらに、本願請求項３に記載の構成では、前記請求項
１に記載の構成に加え、さらに前記固定ヨークから延び
て前記センターサブヨークを支持するセンターヨーク
と、上記センターサブヨークの上記プランジャ復帰側に
上記ソレノイドコイルと略同軸状に配設されて、上記プ
ランジャと摺動自在に嵌合するサブソレノイドコイル
と、を備えたことを特徴とする。

「作用」 本願請求項１に記載の構成では、ソレノイドコイルを
励磁すると、該ソレノイドコイル、固定ヨーク、センタ
ーサブヨーク、プランジャ、アッパーサブヨークの間で
磁気回路が形成される。そしてこの磁気回路では、アッ
パーサブヨークがソレノイドコイルの軸線方向内部に従
ってプランジャとの対向面積相当量が減少するように形
成されているため、プランジャを摺動させる垂直分力を
常時発生させるように働き、上記アッパーサブヨークの
形状を適宜設定することにより、プランジャの移動に拘
らずプランジャに略一定の推力を与えることができる。

また、ソレノイドコイルの端部にセンターサブヨーク
を設けることによって、磁気的なネック部分（磁気的飽
和部分）が形成されるのを避けることができ、この点に
おいてもプランジャの推力特性をフラットにし得るとと
もに、プランジャの推力を大にすることができる。

また、本願請求項２に記載の構成では、プランジャに
中空部を穿設することによって、プランジャ自体の重量
を軽減することができ、プランジャ摺動の応答性が向上
する。なお、磁束はプランジャ表層部を通過するので、
プランジャ軸心近傍に中空部を穿設したところで、プラ
ンジャの推力はほどんど影響を受けない。

さらに、本願請求項３に記載の構成では、センターヨ
ークで支持されたセンターサブヨークを中心にその両側
にソレノイドコイルを有しているので、双方のソレノイ
ドコイルを励磁させることにより差動制御が可能とな
る。したがって、プランジャの推力を小さくすること
や、逆に復帰方向に戻す力を与えることも可能となり、
制御精度が向上する。

「実施例」 以下、発明の各実施例の図面を参照して説明する。

第１実施例 第１図は本発明の第１実施例を示す。図において符号
１は自動ピアノ操作子である鍵２にそれぞれ対応して配
設されたソレノイドコイルであり、コイルボビン３の外
周面に巻回され、かつ軟鉄等の磁性体材料によって作ら
れて固定ヨーク４に保持されるものである。ソレノイド
コイル１にはプランジャ５がその軸線方向に沿って摺動
自在に嵌合されている。プランジャ５の上端小径部5aは
固定ヨーク４の上板部4aに挿通孔4bを貫通して外方へ突
出され、プランジャ５が上動されたとき前記鍵２を突き
上げるように作用する。なお、プランジャ５は磁気抵抗
をできるだけ減少させる目的から、後述するサブヨーク
6,8に接触しない程度に径を大にするのが好ましい。

ソレノイドコイル１のプランジャ突出側端部（図中上
端部）には、アッパーサブヨーク６が固定ヨーク４と磁
気的に接触されてかつプランジャ５の間に所定間隔をあ
けて介装されている。アッパーサブヨーク６は、固定ヨ
ーク４の上板部4aの下面に当接し、かつ、プランジャ５
の移動方向に略直交する方向へ延出するフランジ部6a
と、該フランジ部6aと同軸状に一体形成された円筒部6b
とから成るもので、円筒部6bには下方に拡径するくさび
状の切欠７が周方向に所定間隔置きに形成されている。
このように周方向くさび状の切欠７が形成されることに
より、アッパーサブヨーク６はソレノイドコイル１の軸
線方向に向かうに従ってプランジャ５と対向面積相当量
が減少するようになっており、これによりプランジャ５
の移動に伴い磁気抵抗が序々に変化するようになってい
る。

また、ソレノイドコイル１の上記アッパーサブヨーク
６が配された箇所の逆側（図において下端側）には、強
磁性体材料からなるセンターサブヨーク８が固定ヨーク
４と磁気的に接触されてかつプランジャ５との間に間隙
をあけて配されている。センターサブヨーク８は、ソレ
ノイドコイル１が励磁されておらずプランジャ５が上昇
されていないときでも、該プランジャ５の下端を被覆す
るようソレノイド１の下端および固定ヨーク４の下板部
4bから外方へ突出して配置されている。

ここで、上記アッパーサブヨーク６の製造方法につい
て説明すると、例えば、高透磁率体材料からなる板材を
打ち抜いて第１図（ニ）に示すように扇状が４つに連な
った形状の部材９を形成する。次いで個々の扇状部分10
に対し中間部の円弧αから下り曲げる加工を施した後、
それら扇状部分10をつないでいるブリッジ部11を90度折
り曲げる。これにより、同図（ロ）（ハ）で示すような
アッパーサブヨーク６を得ることができる。

次に、上記操作子駆動ソレノイドの作用について説明
する。

ソレノイドコイル１を励磁すると、該ソレノイドコイ
ル１、センターサブヨーク８、プランジャ５、アッパー
サブヨーク６との間で磁気回路が形成されてプランジャ
５が上方へ吸引される。このときのプランジャ５の吸引
力（推力）は次式で表される。

Ｆ＝（10⁷/8π）×Bg²・Ｓ Bg:磁束密度 S:対向面積 ここで、ソレノイドコイル１の上部とプランジャ５と
の間にアッパーサブヨーク６を設けるとともにこのアッ
パーサブヨーク６の円筒部6bにくさび状の切欠７を設
け、ソレノイドコイル１の軸線方向に向かうに従って該
アッパーサブヨーク６のプランジャ５に対する対向面積
相当量を序々に減少するようにしており、アッパーサブ
ヨーク６の形状を適宜定めることによって、プランジャ
５の位置が移動ストローク上のいずれかにあってもBg²
・Ｓの値が常に一定となるように設定することができ
る。このため、プランジャ５の推力特性をフラットにす
ることができる。また、アッパーサブヨーク６にプラン
ジャ５の移動方向に略直交する方向へ延出するフランジ
部を形成しているので、高透磁率を有する材料を磁力線
に直交する箇所に配することとなり、もって集磁効果を
高めることが可能となる。

また、ソレノイドコイル１の端部にセンターサブヨー
ク８を設けることによって、固定ヨーク４下板部4cのプ
ランジャ５挿通孔の円周断面積をセンターサブヨーク８
の内孔の円周断面積に置き換え、固定ヨーク４から磁束
が分散することなくセンターサブヨーク８まで導き、プ
ランジャ５とセンターサブヨーク８との間の磁気的なギ
ャップをプランジャの位置によらず常に小に保ってい
る。したがって、固定ヨーク４下板部4cの挿通孔付近に
おける磁気抵抗が減少し、磁束数が増加するためコイル
電流を増すことなくプランジャの推力を大にするととも
にプランジャの推力特性をフラットにすることに寄与す
る。

第４図は従来のソレノイドと本発明にかかるソレノイ
ドとのプランジャ推力特性を比較したものである。横軸
にプランジャの移動ストローク、縦軸にプランジャの推
力を採っている。この図から、本発明の第１実施例にか
かるソレノイドは、従来のものと比べてフラットな特性
を有しているのがわかる。

第５図は本実施例のものであって、ソレノイドコイル
１に異なる電圧を印加したときのプランジャ５の推力特
性を表したものである。この図から供給電圧を変えても
フラットな特性を有しているのがわかる。

第２実施例 第２図は本発明の第２実施例を示す。この実施例にお
いて、前記第１実施例と同一構成要素には同一符号を付
しその説明を省略する。

この実施例において固定ヨーク４は、両端に蓋20,21
を有する円筒状に形成されるとともに、長さがプランジ
ャ５のそれよりも長く設定され、胴部中央から若干下が
った箇所には内方へ延びる円板状のセンターヨーク22が
設けられている。このセンターヨーク22によって、プラ
ンジャ５の下端位置を覆うセンターサブヨーク８は支持
されている。センターヨーク22のプランジャ５の復帰す
る方向、すなわち、図においてセンターヨーク22の下方
にはサブソレノイドコイル23がコイルボビン24に巻回さ
れて、ソレノイドコイル１と同軸状にかつプランジャ５
に対して摺動自在に配置されている。

この実施例でも、ソレノイドコイル１の上端部にアッ
パーサブヨーク６が配置されているが、ここで用いられ
ているアッパーサブヨーク６は、円筒部6bが下方に向か
うに従い薄くなるように形成されたテーパー状のものを
用いている。すなわち、前記第１実施例では、円筒部6b
にくさび状の切欠７を設けることによりプランジャ５に
対する対向面積相対量を変化させているが、ここではそ
れを円筒部6bの厚さを変えることによって行っている。

なお、固定ヨーク４の上板部4aおよび下板部4bのプラ
ンジャ挿通孔には非磁性体材料からなる案内部材4d,4d
が介装され、これによりプランジャ５の上下に延びる小
径部5a,5bが挿通されて摺動自在に案内されている。

この実施例では、厚さが変わる円筒部6bを有するセン
ターサブヨーク６を備えているから、前記第１実施例と
同様プランジャ５の推力特性をフラットな特性にし得る
のは勿論、ここではそれに加えて、上下のコイル1,23に
それぞれ逆方向の磁界が発生するよう励磁させることに
よって、プランジャ５に対し差動制御が行え、プランジ
ャ５の制御精度を向上させることができる。したがっ
て、自動ピアノの鍵駆動に際して、弱打鍵の忠実な再
生、連打性の向上が図れる一方、供給電圧節減が図れ、
さらにフィードバック制御による鍵の正確な駆動が実現
できる。

第６図は第２実施例のソレノイドのプランジャ推力特
性を示すものである。この図および上記第４図から明ら
かなように、プランジャ推力特性は従来のものに比べて
はるかにフラットである。

また、アッパーサブヨーク６としては、上記例に限ら
れることなく、第２図（ロ）に示すような上板部6aとは
別個に形成した極薄手のテーパー状の円筒部6bを用いて
もよい。

第３実施例 第３図は本発明の第３実施例を示す。なお、この例に
おいてはも上記第１実施例と同一構成要素には同一符号
を付してその説明を省略する。

この実施例のプランジャ５は軸心近傍に下端を開口さ
れた中空部30を有する構造とされている。そして、該プ
ランジャ５には小径部5aが上下に貫通され、この小径部
5aが図示しない案内部に案内されることにより上下に摺
動自在になっている。なお、ソレノイドコイル１の上下
にそれぞれ、テーパー状の円筒部6bを有するアッパーサ
ブヨーク６とセンターサブヨーク８を配置するのは前記
第１第２実施例と同様であるが、ここではアッパーサブ
ヨーク６は固定ヨーク４の上板部4aと一体に作られてい
る。

この実施例では、テーバー状のアッパーサブヨーク６
およびセンターサブヨーク８を備えているから、プラン
ジャ５の推力特性をフラットにすることができ（第７図
参照）、加えてプランジャ５を中空構造にしているから
軽量化がはかれ、もってコイル励磁時の応答性がよくな
る利点が得られる。

なお、上記中空構造にしても、磁束はプランジャ５の
表層部で最も磁束密度が高く、一般の使用範囲でほぼ表
層部に近い範囲を通過するので、プランジャ５の軸心近
傍に中空部を穿設したところで推力はほどんど影響を受
けない。なお、上記各実施例では本発明のソレノイドで
鍵を操作する構成としているが、これに限られることな
く、本発明のソレノイドでペダルを操作することもでき
る。

「発明の効果」 本願請求項１に記載の発明では、ソレノイドコイルの
軸線方向内部に従ってプランジャとの対向面積相当量が
減少するように形成されたアッパーサブヨークを設けて
いるので、一定入力電圧に対してプランジャの全ての移
動ストローク位置で一定推力を発生する磁気回路を形成
し、磁気抵抗を全体的に低く保持し、電気機械エネルギ
変換効率を向上できる。

すなわち、プランジャの移動ストローク位置にかかわ
らずプランジャを吸引する方向に作用する分力成分が有
効に発生し、推力の絶対値を大きく保持するとともに移
動ストロークに依存しない特性の推力を発生する。

また、ソレノイドコイルの端部にセンターサブヨーク
を設けることによって磁気的なネック部分（磁気的飽和
部分）が形成されるのを避けることができ、この点にお
いてもプランジャの推力特性をフラットにし得るととも
に、プランジャの推力を大きくすることができる。

また、アッパーサブヨークにプランジャの移動方向に
略直交する方向へ延出するフランジ部を形成しているの
で、高透軸率を有する材料を磁力線に直交する箇所に配
することとなり、もって集磁効果を高めることが可能と
なる。

本願請求項２に記載の発明では、プランジャに中空部
を穿設することによって、プランジャの質量を軽減する
ことができ、プランジャ摺動の応答性が向上する。しか
も、プランジャの軸心近傍に中空部を穿設しているの
で、プランジャへの推力の影響はほとんどない。

本願請求項３に記載の発明では、センターヨークで支
持されたセンターサブヨークを中心にその両側にソレノ
イドコイルを有することとなり、双方のソレノイドコイ
ルによる差動制御が可能となる。したがって、プランジ
ャの推力を小さくすることや、逆に復帰方向に戻す力を
付与することも可能となり、制御精度がより一層向上す
る。

この結果、自動ピアノの操作子駆動に際して、弱打鍵
の忠実な再生、連打性の向上、供給電力の節減およびフ
ィードバック制御により鍵やペダルの正確な駆動を実現
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例を示し、同図（イ）はソレ
ノイド全体の縦断面図、同図（ロ）はアッパーサブヨー
クの斜視図、同図（ハ）はアッパーサブヨークの側面
図、同図（ニ）はアッパーサブヨークの製造方法の一例
を示す説明図である。 第２図は本発明の第２実施例を示し、同図（イ）はソレ
ノイド全体の縦断面図、同図（ロ）はアッパーサブヨー
クの他の例を示す断面図である。 第３図は本発明の第３の実施例を示す縦断面図である。 第４図は本発明のソレノイドと従来のソレノイドのプラ
ンジャ推力特性を比較する説明図、第５図は本発明の第
１実施例のプランジャ推力特性図、第６図は本発明の第
２実施例のプランジャ推力特性図、第７図は本初滅の第
３実施例のプランジャ推力特性図である。 １……ソレノイドコイル ２……鍵（操作子） ４……固定ヨーク ５……プランジャ ６……アッパーサブヨーク ８……センターサブヨーク 22……センターヨーク 23……サブソレノイドコイル 30……中空部

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】自動ピアノの操作子に対応して配設された
   ソレノイドコイルと、 該ソレノイドコイルと摺動自在に嵌合し、一端がソレノ
   イドコイルから外方へ突出して上記操作子に作用力を伝
   達するプランジャと、 上記ソレノイドコイルを保持する固定ヨークと、 上記ソレノイドコイルの上記プランジャ突出側と該プラ
   ンジャとの間に介装され、該ソレノイドコイルの軸線方
   向内部に向かうに従ってプランジャとの対向面積相当量
   が減少する形状に形成されたアッパーサブヨークと、 上記ソレノイドコイルの上記アッパーサブヨークが配さ
   れた箇所の逆側と上記プランジャの間に介装され、該ソ
   レノイドコイルが励磁されてない時でも上記プランジャ
   の他端を被覆するようにソレノイドコイルから外方へ延
   出されたセンターサブヨークとを備え、 前記アッパーサブヨークには前記プランジャの移動方向
   に略直交する方向へ延出するフランジ部が形成されてい
   ることを特徴とする自動ピアノの操作子駆動ソレノイ
   ド。
2. 【請求項２】前記プランジャの軸心近傍に中空部を穿設
   したことを特徴とする請求項１記載の自動ピアノの操作
   子駆動ソレノイド。
3. 【請求項３】前記固定ヨークから延びて前記センターサ
   ブヨークを支持するセンターヨークと、 該センターヨークの上記プランジャ復帰側に上記ソレノ
   イドコイルと略同軸状に配設されて、上記プランジャと
   摺動自在に嵌合するサブソレノイドコイルと、 を備えたことを特徴とする請求項１記載の自動ピアノの
   操作子駆動ソレノイド。